Jagiellonian University Repository

Growth of molecular nanostructures on semiconductor substrate modified by ion beam sputtering

Growth of molecular nanostructures on semiconductor ...

Show full item record

dc.contributor.advisor Krok, Franciszek [SAP11015621] pl
dc.contributor.author Szajna, Konrad [SAP14012472] pl
dc.date.accessioned 2020-02-12T08:27:04Z
dc.date.available 2020-02-12T08:27:04Z
dc.date.submitted 2019-11-15 pl
dc.identifier.uri https://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/148723
dc.language eng pl
dc.rights Copyright *
dc.rights.uri http://ruj.uj.edu.pl/4dspace/License/copyright/licencja_copyright.pdf *
dc.title Growth of molecular nanostructures on semiconductor substrate modified by ion beam sputtering pl
dc.title.alternative Wzrost nanostruktur molekularnych na półprzewodnikowych podkładach modyfikowanych wiązką jonową pl
dc.type Thesis pl
dc.place Kraków pl
dc.description.physical [12], 116 pl
dc.description.additional Bibliogr. s. 112-116 pl
dc.abstract.pl Właściwości układów wielowarstwowych, złożonych z cienkich filmów organicznych oraz nieorganicznych warstw i/lub podłoży, są tematem rosnącej liczby badań zapoczątkowanych przez wiele grup naukowych w okresie ostatnich 20 lat. Ze względu na ich rosnące znaczenie aplikacyjne, pokazane na przykładzie takich działających urządzeń jak dioda elektroluminescencyjna, tranzystor cienko-filmowy czy ogniwo słoneczne, układy te znacząco zwiększyły swoją konkurencyjność w stosunku do produktów opartych na technologii krzemowej, co zostało zademonstrowane np. w produkcji giętkich wyświetlaczy OLED. Ich ogromny potencjał tkwi w ilości dostępnych kombinacji związków organicznych i nieorganicznych. Jednakże, w celu głębszego zrozumienia tego typu układów, a przez to osiągnięcia nad nimi lepszej kontroli w nanoskali, potrzebne są dalsze badania nad podstawowymi mechanizmami rządzącymi formowaniem się interfejsu molekuła- podłoże oraz, generalnie rzecz biorąc, organizacją molekuł na powierzchni. W poniższej rozprawie doktorskiej zaprezentowano wyniki szeregu eksperymentów z zakresu fizyki powierzchni przeprowadzonych w ultra czystych warunkach próżniowych oraz poświęconych morfologicznej i strukturalnej stronie wzrostu warstw molekularnych o grubościach rzędu kilku nanometrów na podłożach półprzewodnikowych. Innowacyjność zaprezentowanych badań opiera się na zastosowaniu - w roli podłoża - powierzchni rutylu TiO2(110), modyfikowanej wiązką jonową w celu uzyskania różnego stopnia funkcjonalizacji powierzchni, a w rezultacie zmiany interfejsu/oddziaływania molekuła- podłoże. Odpowiedni dobór warunków preparatyki pozwala uzyskać powierzchnię TiO2(110) nie tylko w formie atomowo czystych tarasów, ale również taką o rosnącej ilości defektów powierzchniowych. Najwięcej uwagi poświęcono niestosowanym wcześniej podłożom o znacznie zmodyfikowanej powierzchni, która na skutek długotrwałego oddziaływania z wiązką jonową przekształca się w regularną strukturę przypominającą zmarszczki na wodzie. Modyfikacja oddziaływania molekuła-podłoże ma szczególne znaczenie dla struktur opartych na molekułach organicznych o wyraźnej anizotropii kształtu, takich jak parahexafenyl (6P) reprezentujący grupę pręto-podobnych oligofenyli. Ze względu na swoje interesujące właściwości optoelektroniczne, stosunkowo prostą budowę aromatyczną, oraz tendencję do organizowania się w wysoce uporządkowane struktury 2D i 3D, molekuła 6P jest idealnym kandydatem do budowy nanostruktur organicznych. Zaprezentowana praca przedstawia systematyczną charakterystykę różnych ścieżek wzrostu 6P na Ti02(110) skupiając się głównie na jej początkowych etapach, gdzie wpływ podłoża jest najlepiej widoczny. Pokazano, że już stosukowo niewielkie zmiany na powierzchni Ti02 mogą "przełączyć" cały układ 6P z orientacji "leżącej" do "stojącej", dając ostatecznie zupełnie odmienne struktury 3D, tzn. druty albo wyspy 6P. Ich powstanie poprzedza formująca się od samego początku depozycji warstwa 2D, której stabilność w warunkach powietrznych także została przebadana. Kontrola parametrów zmarszczek, a w szczególności zachowanie krystaliczności powierzchni TiO2(110) - w formie charakterystycznych rzędów atomowych - pozwala efektywnie wpływać na adsorpcję i dyfuzję nanoszonych molekuł organicznych. Dzięki temu możliwe stało się modyfikowanie stabilności, kształtu oraz typu nanostruktur 6P, przy jednoczesnym zachowaniu ich regularnej struktury wewnętrznej. Ich potencjał tkwi w anizotropii przewodnictwa prądu oraz właściwości optycznych, które są ściśle związane z orientacją struktury krystalicznej 6P względem podłoża. pl
dc.abstract.en During the last 20-30 years we have witnessed a growing interest in systems based on thin organic layers formed on inorganic substrates, which proved to be promising candidates for application in devices designed for energy conversion/storage, and particularly in high-tech optoelectronic appliances. It is due to a huge diversity of the available organic compounds and inorganic substrates. As demonstrated on the example of a fully-operational light emitting diode (OLED), thin film transistor (OTFT) or solar cell, organic-based devices have significantly increased their competitiveness in respect to the currently dominating silicon-based technology. This new trend can be already noticed in the production of consumer electronics where, e.g., flexible displays have been applied. However, a further development and miniaturisation of organic (opto)electronic devices can be reached only by studying the fundamental aspects of the growth of thin organic layers, especially concerning the formation of molecular-substrate (MS) interface. This dissertation presents a comprehensive study devoted to the morphological and structural side of the growth of very thin molecular layers on a semiconducting surface. To provide a proper insight into the formation of MS interface and to control the crucial conditions of molecular growth at atomic scale, most experiments were performed in an ultrahigh vacuum (UHv). Innovation of the presented research comes from the fact that a substrate - in this role a rutile Ti02(110) surface - was modified by ion beam sputtering (IBS). This method allows to change the substrate surface roughness/structure and thus, effectively influences the MS interface. By means of IBS method - in combination with thermal treatment - one can produce an atomically clean, crystalline surface with flat terraces as well as with a wide range of concentration of surface defects. However, most attention has been drawn to a strongly modified Ti02 surface, which develops upon a long-time IBS into a regular, wavelike structure called ripples. IBS-induced modification of MS interaction reveals a crucial impact on the growth of organic molecules with pronounced shape anisotropy, like para-hexaphenyl (6P) being a model/prototypical representative of rod-like, semiconducting oligo-phenyls. This relatively simple aromatic molecule stands out with its promising optoelectronic properties and stability in ambient conditions. Moreover, 6P molecules tend to organize into highly crystalline 2D and 3D structures which makes them an ideal candidate to construct a welldefined organic nanostructure. One of the key findings of this thesis is the identification and systematic characterisation of a few different growth pathways of 6P on Ti02(110), with particular emphasis on initial stages of growth where the influence of the substrate is the most prominent. It has been shown that already slight changes to Ti02 surface are enough to "switch" a whole growth mode from the flat-lying to the up-right standing orientation with respect to the substrate surface. As a result, completely different 3D nanostructures - like needles or islands - are observed. In addition, it has been found that the tuning of properties of a rippled substrate, in particular a crystallinity of Ti02(110) surface, is a very effective way not only to control the most energetically favored path of molecular growth, but also to change stability or shape of the final thin film structure. Finally, the thesis provides a molecular-scale insight into the formation of initial stages of 6P growth before 3D nucleation, where different forms of 2D molecular layer have been identified. pl
dc.subject.pl para-hexafenyl (6P) pl
dc.subject.pl dwutlenek tytany (TiO2) pl
dc.subject.pl wzorst cienkich warstw pl
dc.subject.pl modyfikacja wiązką jonową pl
dc.subject.en para-hexaphenyl (6P) pl
dc.subject.en titanium dioxide (TiO2) pl
dc.subject.en thin film growth pl
dc.subject.en ion beam sputtering pl
dc.identifier.callnumber Dokt. 2019/244 pl
dc.contributor.institution Jagiellonian University. Marian Smoluchowski Institute of Physics. Department of Solid State Physics pl
dc.contributor.reviewer Czajka, Ryszard pl
dc.contributor.reviewer Klusek, Zbigniew pl
dc.affiliation Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej : Instytut Fizyki im. Mariana Smoluchowskiego pl
dc.rights.original OTHER; otwarte repozytorium; ostateczna wersja autorska (postprint); w momencie opublikowania; 0 pl
dc.identifier.project ROD UJ / OP pl


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Copyright Except where otherwise noted, this item's license is described as Copyright